An Artificial Leaf with Patterned Photocatalysts for Sunlight-Driven Water Splitting

化学 阳光 分解水 天体生物学 纳米技术 光催化 化学工程 光化学 环境化学 光学 有机化学 催化作用 物理 工程类 材料科学
作者
Chao Zhen,Honglei Zhu,Ruotian Chen,Zhaoke Zheng,Fengtao Fan,Bei Li,Xiaoxiang Xu,Yufei Du,Hui‐Ming Cheng,Kazunari Domen,Gang Liu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.4c10807
摘要

Plant leaves can turn entirely absorbed light into chemical energy due to their spatially separated photosystems I and II in the thylakoid membrane that enables unidirectional Z-scheme type charge transfer between them. In artificial systems that mimic leaves, a lack of spatial and interfacial control of active units (i.e., hydrogen evolution photocatalyst/HEP and oxygen evolution photocatalyst/OEP) introduces competitive charge transfer channels between them, resulting in deficient Z-scheme type charge transfer. Herein, we demonstrate that a patterned photocatalyst sheet, namely, an artificial leaf, comprising an ordered and separated distribution of the OEP and HEP strips on a conductive substrate, achieves unidirectional Z-scheme type charge transfer as the leaves do. It represents a next-generation photocatalytic system that mimics the leaves to bring breakthrough in photocatalytic over water splitting performance with the combination of highly active HEP and OEP photocatalysts, opening up a promising avenue toward solar energy conversion by artificial photosynthesis.
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